V形坡口有時不能滿足使用要求。

① 對于單面V形坡口，可以采用單割嘴火焰切割開坡口；相反，對于雙面V形坡口，可以采用多頭割嘴火焰切割開坡口，切割工藝過程可以采用同一臺切割設備完成。

②厚板材料有時需要開J形或U形坡口，與雙面V形坡口相比可以節約焊縫金屬。

③有時需要考慮鑄造或鍛壓結構是否能消除焊件的復雜截面，以及是否能簡化焊接設計和減少制造費用。

④ 對于結構連接的關鍵部位，可以采用昂貴材料（如少量的堆焊合金）代替一般焊接材料，這樣可以達到良好的效果。

⑤ 在零部件需要卷邊、密閉件或增加加強板時，應考慮用焊接方法制造的工件代替采用鍛壓件或機械加工件。

⑥采用焊接方法并不能處理所有的問題。例如采用成形工藝制造角形結構與采用焊接方法相比，可以減少材料、制造和焊接等費用。

2、焊接接頭設計過程中需要注意的問題有哪些？

① 應避免焊接接頭的坡口設計過大。例如一個圓形或管狀結構和另一個圓形或管狀結構的平直表面進行焊接時，就會存在兩個問題，即根部熔合情況和是否燒穿。采用正確的接頭設計可以得到良好的根部熔合并且不會產生燒穿。

② 為了減少填充材料的使用，可以減小根部間隙和坡口角度。

③ 厚板結構采用雙面V形坡口代替單面V形坡口可以減少焊縫金屬。

④ 有時采用單個焊接接頭可以同時焊接三部分焊接結構，上部兩板的間隙可以使三部分結構充分熔合。

⑤ 應檢查焊接接頭位置，以確定適合于焊縫位置的焊接方法。

⑥ 對于焊接操作者來說，選擇焊縫設計時應考慮滿足接頭強度、使焊縫金屬減少及不產生燒穿的要求。為防止產生燒穿的一些合理的焊縫設計。

3、焊接接頭設計過程中焊縫尺寸和數量有哪些要求？

① 應確保采用的焊縫數量適中，不要太多也不要太少，并且焊縫尺寸過大會增加焊接費用。

② 根據工藝文件或標準的車間工藝規程確定要完成的焊縫數量，設計者應考慮安全因素來設計焊縫，不要增加其他額外的安全因素。

③ 角焊縫接頭設計中角焊縫的焊腳尺寸十分重要。由于焊縫的面積和數量會增加焊腳尺寸，因此雙焊腳尺寸將會使焊縫金屬增加4倍。

④ 在小載荷或無載荷條件下，斷續角焊縫可以用于代替同樣焊腳尺寸的連續角焊縫。

⑤ 盡量使焊縫位于焊件較薄的區域，使焊縫尺寸主要集中于薄板上。

⑥ 加強筋或焊接隔板不需要過多進行焊接，應盡可能減小焊腳尺寸或焊縫長度。

4、裝配組件的應用有哪些優點？

① 將焊接工作分配給更多的焊工，可以縮短工時；

② 可以提供更好的焊接方法；

③ 可以減少結構變形的可能性；

④ 對小區域的機械加工更加便利；

⑤ 有利于局部區域的應力消除；

⑥ 可以對各部件和密閉式結構進行滲漏試驗；

⑦ 在焊接工作前可以進行工藝檢驗，以利于提高工藝的精確性并糾正錯誤。

5、組件的焊接裝配有哪些步驟？

① 焊前應清理工件表面的油、銹和污物；

② 檢查工裝夾具，有縫隙的部位需要修補；

③ 夾緊工件到焊接位置并保持焊接過程的穩定；

④ 用固定夾具夾緊臨時夾具，使焊接過程始終維持在校正位置；

⑤ 預置接頭以補償焊接時可能產生的收縮；

⑥ 預彎曲零部件以補償焊接時任何可能產生的變形；

⑦ 使用定位板；

⑧ 有時可以將焊件截斷成幾部分，對每一部分進行焊接，可以使每部分焊件在中性軸位置保持平衡；

⑨ 對大量復雜結構進行焊接時，可以對各部分組件分別焊接，這樣可以使最終的裝配更加容易固定。

6、焊接工藝步驟有哪些？

① 盡量提高操作效率，采用焊工輔助裝置、良好的固定夾具和夾持設備等；

② 在最短的時間內熔敷盡可能大量的填充金屬；

③ 采用焊接輔助板，可以提高開坡口接頭第一道焊縫的焊接速度；

④ 采用低氫型焊條消除或降低預熱溫度；

⑤ 手動將焊條的伸出長度調整到50mm；

⑥ 應盡量在平焊位置進行焊接，采用仰焊或立焊費用要貴一些；

⑦ 如有可能應采用最高焊接速度在平焊位置對角焊縫進行焊接；

⑧ 采用自動焊設備焊接角焊縫接頭時，調整焊縫位置可以在接頭的根部獲得良好的熔深，并且不會影響焊縫的強度。水平板在水平方向30°的角焊縫位置焊接和垂直板水平方向60°的角焊縫的焊接；

⑨ 可以考慮在較大焊接電流條件下采用大尺寸焊條；

⑩ 在各部件無拘束應力方向進行焊接；

⑾ 采用合適的焊接工藝措施以消除電弧偏吹現象；

⑿ 對在冷卻條件下極易產生收縮的接頭先進行焊接；

⒀ 應確保采用恰當的焊接速度、焊接電流和焊接電壓；

⒁ 采用半自動或全自動焊接方法更加有利于獲得良好的熔深和均勻的熔敷金屬。

7、焊后對焊接件的清理和檢驗有哪些步驟？

① 除了某些特殊性能的要求（不包括外觀要求），不應將焊縫表面打磨光滑或平滑，因為對焊縫進行打磨的工時和費用較高，通常會超過焊接的費用；

② 采用手工電弧焊和熔化極氣體保護焊時，使用鐵粉焊條可以降低焊縫表面的清理時間；
③ 焊接時將防飛濺薄膜平行放置在焊縫兩邊；

④ 獲得質量良好的焊縫是焊接的最終目的，但有時一個外觀較差焊縫的強度可能會比外觀良好焊縫的強度高；

⑤ 過度的焊縫檢查工序會增加焊接的總費用。

四、控制焊接變形

4.1 焊接變形產生的原因

1、加熱對焊縫金屬的物理性能的影響有哪些？

焊接加熱對焊縫金屬的物理性能有很大的影響，主要包括硬度（或彈性模量E）增加、屈服點降低以及伸長率增加等。低碳鋼焊接時焊縫金屬的物理性能變化。

2、為什么焊接會引起變形？

在高溫下沿著焊道方向焊縫金屬逐漸增加，電弧附近的峰值溫度可以達到幾千攝氏度，這使靠近焊縫的較熱金屬比遠離焊縫的較冷金屬更加膨脹，但較冷金屬會阻止來自于較熱金屬的膨脹力，使工件金屬形成永久性變形。當工件冷卻時，熱收縮力將使焊縫金屬收縮；此時某些收縮力會分布于變形的工件金屬中，而在工件的剛性部分，這些收縮力不會分布開并殘留在工件內部，形成內應力，如圖41所示。

3、施焊在長形焊接件上的焊縫是如何產生變形的？

焊接時沿整個焊縫長度會產生收縮，如圖42所示，收縮總是產生于焊縫金屬和母材金屬之間。

4、控制收縮和變形程度的因素有哪些？

① 外部夾具的拘束作用；

② 大型焊件的內部拘束；

③ 焊件自身的剛度；

④ 焊接熱量輸入和焊接速度；

⑤ 冷卻速度。

這些因素的交互作用十分復雜，對于最簡單焊縫的收縮和變形進行計算和預測也是很困難的，但可以采取一些措施、工藝步驟控制收縮和變形量。

5、在哪些部位會看到焊接收縮和變形的影響？

沿焊縫軸線部位易引起縱向收縮，沿垂直于焊縫軸線部位易引起橫向收縮。在丁字形焊縫的十字交叉部位容易變形。這種變形主要是由焊縫熔敷金屬和熱影響區金屬共同作用引起的。

根據焊縫中心軸線的位置不同，給向收縮對工件的影響作用也不同。

6、導致焊接變形的最直接的控制因素是什么？

主要是焊接熔敷過量，焊接熔敷過量是經常被忽視的引起變形的原因。由于缺乏對焊接過程的準確把握，設計者可能會制定較大的焊縫尺寸；當零部件送到工廠的車間時，車間技術人員為了安全地進行焊接，將零件的尺寸進一步增加，最后焊接操作者為了確保得到牢固的焊縫，又進一步增加了焊縫的尺寸，結果是最初6mm的角焊縫最后被焊成12mm的角焊縫尺寸。

焊接操作者可能沒有意識到焊縫金屬與焊腳尺寸成平方關系，結果焊腳尺寸增加6mm使得焊縫熔敷金屬成倍增加，同時還明顯增加焊縫的收縮變形，也會增加4倍的焊接費用，因此過量熔敷的焊縫金屬是不必要的。焊接熔敷過量會增加焊縫的收縮力；采用小尺寸焊縫會降低變形；采用斷續焊縫可以減小焊縫長度，并可以進一步減小焊縫收縮和變形。

4.2 控制收縮和變形

1、明顯減小焊縫變形的步驟有哪些？

減小焊縫變形的主要步驟如圖46～圖48所示。

2、其他的控制附加應力和變形的方法是什么？

① 可以采用在焊道每一側進行多道對接焊縫以減小角變形；

② 對于復雜結構應調整結構的焊接位置及順序，以平衡產生的收縮力，通常應采用對角焊縫結構；

③ 在較冷的環境中，采用焊前預熱對于降低焊接冷卻速度并獲得良好的接頭有一定的作用。但根據美國海軍部門的研究表明，焊前預熱并不能很有效地減小焊接變形；

④ 大型焊件焊后進行熱處理主要是為了減少殘余應力，并防止在機械加工的焊縫表面產生變形。對于一個具有較大殘余應力的焊接結構，采用機械加工方法消除焊縫金屬可能會導致產生更大的變形；

⑤ 火焰矯正法，見彎曲與校直。

實際應用中經常將兩種或更多的控制應力和變形的方法結合應用，以獲得良好的應用效果。

4.3 橫梁的橫向和縱向收縮

1、焊縫尺寸和形狀是如何影響焊縫的收縮變形的？

收縮變形的產生與焊縫金屬的熔敷量和形狀有直接關系。同樣尺寸的鋼板，采用雙面V形坡口所產生的收縮變形是采用單面V形坡口的一半。常用板材厚度與焊縫面積的線性關系示意。

通過分析可以估算出焊縫的橫向收縮變形量等于焊縫十字交叉部分平均寬度的10%，即：橫向收縮量＝0.10×平均焊縫寬度。這表明減小焊縫尺寸并保證所要求的強度，可以滿足控制收縮變形的要求。

2、當一個鋼板被焊接成帶卷邊的工字梁結構時，可以預測工字梁中心的偏差嗎？

可以。采用方程計算出的縱向焊縫收縮量與實測值基本一致，公式中面積A、轉動慣量I、橫梁結構的硬度值可以從有關數據表中獲得，該方程也適用于T形梁結構和角焊縫結構。橫梁結構還可以采用水壓機進行機械彎曲力和用氧－乙炔火焰進行彎曲。

如果對法蘭盤上底和下底進行焊接時，橫向收縮力會產生平衡，使得焊縫幾乎沒有橫向收縮偏差。

3、當在兩個C形管道上焊接一個長的、薄的箱形件時，為了減小箱形件和管道的最終彎曲變形，應采取何種措施？

產生應防止第一道焊縫直接冷卻直到第二道焊縫焊完，然后讓兩個焊縫同時冷卻，以促使兩個焊縫彼此平衡收縮變形力，來防止彎曲變形。

五、焊縫尺寸與強度

5.1 角焊縫的尺寸

1、如何測量角焊縫的尺寸，以便確定角焊縫是否符合圖紙中的要求？

角焊縫的形狀可以是凹形、凸形或平直的，焊腳可以相等或不等。但角焊縫的實際尺寸是通過測量焊縫中最大等腰直角三角形的焊腳長度而獲得的，該等腰直角三角形是通過角焊縫橫截面與母材表面成一直線的焊腳來表示的。沒有適當的量具，很難測量出角焊縫的尺寸。角焊縫的測量方法。

2、為了增強整個金屬板的綜合強度，確定角焊縫尺寸的一般原則是什么？

假定角焊縫在金屬板件的兩側，并且分布在整個金屬板長度上，角焊縫的焊腳尺寸應當為金屬板厚度的75％；如果焊接兩塊不同厚度的金屬板，則以較薄板的厚度作為參考依據。

3、還有哪些其他公認的測量焊縫尺寸的原則？

美國焊接學會（AWS）和美國鋼結構學會（AISC）已把一些測量焊縫的原則運用到建筑和橋梁的焊接實踐當中，有關最小有效焊縫長度的測量原則。

5.2 焊縫的強度

1、根據工業標準和代碼進行焊接時，鋼板之間的典型結構焊縫能達到怎樣的強度？

焊縫一般能保持較高的強度，以至于超過了焊材代碼和應用中所要求的強度。在很多情況下，這種焊縫的強度不能通過焊材代碼本身辨別出來。例如，用普通焊條E60××焊接完成的焊縫強度比焊條標稱的最小強度值高大約50%。并且在焊接完成后，很多市售的E60××焊縫的屈服強度比結構鋼本身高75%。

2、為什么典型焊態下的結構鋼焊接接頭的強度比母材金屬的強度高？

有以下兩個原因。

① 所用焊條中的金屬心是優質鋼，比母材的性能好。

② 在焊接過程中，熔化金屬受到良好的保護作用。與電爐鋼相比較，焊條藥皮還具有凈化劑和脫氧劑的作用，藥皮中的其他合金萬分能夠促使形成均勻的晶體結構和良好軟科學性能的焊縫。

3、焊接缺陷，可美國焊接學會AWS術語中的非連續，對焊縫的強度有何影響？

①對于焊接接頭試樣來說，焊縫上盡管有嚴重的咬邊缺陷，但在靜載荷的拉伸作用下，失效的是金屬板，而不量焊縫。

② 一個總的原則是，角焊縫尺寸應為被焊金屬板厚度的75%，以便增強整個金屬板的強度。依據這種方法，在厚度12.5mm金屬板上焊接尺寸為9.5mm的角焊縫的強度應比母材金屬高，對于尺寸為8.7mm和8mm的角焊縫也是這樣。當角焊縫尺寸減小到6.4mm時，焊縫金屬在220kgf/mm壓力（該壓力值是美國焊接學會施用壓力的5倍多）作用下才發生破斷。尺寸不足夠大的角焊縫對焊縫強度的影響。

③未焊透對焊縫強度的影響。進行拉伸試驗之前，先將焊縫加工平整。當焊縫縮頸處減小到整個試樣厚度的31%時，整個焊縫才發生破斷。

4、焊縫中有多少氣孔時會影響到焊縫金屬的強度？

試驗表明，當焊縫中的孔隙量大于整個焊縫的7%時，焊縫的塑性或抗拉強度、沖擊強度將發生很大的變化。

六、焊接工裝與夾具

6.1 插銷、搭扣及密封

1、如果在金屬板或構件的孔上焊接一個螺母，或者為水平螺旋制作螺紋，在孔上放置螺母的最好方法是什么？

① 焊接之前，將螺母表面的金屬Zn和Cd用銼刀等工具打磨掉，以防止污染焊縫。

② 采用另一個螺母和螺栓對上述的螺母施加拉力，并在焊接時將螺母牢靠地固定在金屬板上。

③ 焊縫冷卻以后，去除沒有被焊接住的螺母和螺栓。

在金屬板孔上焊接螺母的具體方法。

2、為工作臺或構架制作水平調整卡具時，比較快速和經濟的方法是什么？

先將一個六角螺栓的頭部磨平，以便使螺栓頭套在墊圈的孔上，然后再把墊圈焊接到螺栓上，形成一個底座。為了便于轉動螺栓，可將一根直徑為6mm的金屬棒焊接到螺栓上，最后按照前面所述的方法將一個螺母固定在金屬板上形成螺紋。水平調整卡具。

3、在鋼板上精確地定位和固定插銷或填塞，比較好的方法是什么？

① 確定出插銷中心的位置；

② 鉆出能使插銷滑進或推進的孔；

③ 將插銷的末端切成斜面，插入孔中，并在插銷的后端部進行塞焊；

④ 為了顯得美觀，對塞焊處進行打磨使構件的后部齊平。

帶有塞焊焊縫固定插銷的方法。

4、如何簡易制作搭扣或連接點？

① 用手工鋼鋸（可以是Sawzall型或Portaband型）切取一段鏈環，使切取下來的鏈環兩段相互平行；

② 按照所切割鏈環要插入的位置和直徑鉆兩個孔；

③ 將鏈環插入孔中，并用塞焊方法從后面將鏈環固定住。

如果放置搭扣的構件后部沒有可焊接處，可以將一小金屬板焊接到構件上面。采用鏈環制作搭扣或連接點的方法。

5、采用焊接方法制作中空的圓形或矩形管狀工件時，為了達到外形美觀、安全和耐用的要求，有時工件的末端需要密封，有哪兩種常用的密封方法？

① 最簡單的密封方法是在管狀工件末端插入尺寸適當的塑料塞子，如圖61(a)所示。這些塑料塞子有圓形、方形和長方形等形狀。但插入塑料塞子有個缺點，大多數塑料塞子伯外觀和尺寸只能應用于室內。如果工件長期暴露在室外大氣中，塑料塞子會由于氣候的影響而逐漸發生老化，進而失去保護邊緣的能力。

② 另一種密封方法是用鋼板將管狀工件末端覆蓋住，并將鋼板焊接固定。這種方法雖然費時，但能有效地避免氣候的不良影響。

6.2 框架的制作及固定件

1、如要在框架構件上放置物體，但框架要易于移動，如何制作這樣的框架？

在框架構件上焊接長度較短的矩形管狀材料，然后將物體安裝到可以讓管子滑進去的立體方形槽中。為了特殊需要，也可以采用圓管關材料和棒狀材料來制作能旋轉的支架。

2、如何將中空的圓柱體或鑄件牢固地安裝到金屬板上，并使其容易拆卸？

① 將一個大直徑螺栓的頂部焊接或用釬焊方法連接到金屬板上，圍繞螺栓的頂部焊接一圈焊縫。

② 由于螺栓和金屬板的尺寸較大，有時需對它們進行預熱。

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